Ngayon, parami nang parami ang mga pasyente na tinutukoy hindi para sa radiography o ultrasound, ngunit para sa nuclear magnetic resonance imaging. Ang pamamaraan ng pananaliksik na ito ay batay sa core magnetism. Isaalang-alang natin kung ano ang NMR tomography, ano ang mga pakinabang nito at sa anong mga kaso ito ginanap.

Ano ang pag-aaral na ito?

Ang pamamaraang diagnostic na ito ay batay sa nuclear magnetic resonance. Sa isang panlabas na magnetic field, ang nucleus ng isang hydrogen atom, o proton, ay nasa dalawang magkasalungat na estado. Maaari mong baguhin ang direksyon ng magnetic moment ng nucleus sa pamamagitan ng pagkilos dito gamit ang mga electromagnetic ray na may isang tiyak na dalas.

Ang paglalagay ng proton sa isang panlabas na magnetic field ay nagdudulot ng pagbabago sa magnetic moment nito na may pagbabalik sa orihinal nitong posisyon. Naglalabas ito ng isang tiyak na halaga ng enerhiya. Kinukuha ng magnetic resonance tomography ang pagbabago sa dami ng naturang enerhiya.

Ang tomograph ay gumagamit ng napakalakas na magnetic field. Ang mga electromagnet ay kadalasang may kakayahang bumuo ng magnetic field na may lakas na 3, minsan hanggang 9 T. Ito ay ganap na hindi nakakapinsala sa mga tao. Binibigyang-daan ka ng tomography system na i-localize ang direksyon ng magnetic field upang makuha ang pinakamataas na kalidad ng mga imahe.

Nuclear magnetic tomograph

Ang pamamaraan ng diagnostic ay batay sa pag-aayos ng electromagnetic na tugon ng nucleus ng isang atom (proton), na nangyayari dahil sa paggulo nito sa pamamagitan ng mga electromagnetic wave sa isang mataas na boltahe na magnetic field. Ang magnetic resonance imaging ay unang tinalakay noong 1973. Pagkatapos ay iminungkahi ng Amerikanong siyentipiko na si P. Laterbur na pag-aralan ang bagay sa isang nagbabagong magnetic field. Ang mga gawa ng siyentipikong ito ay nagsilbing simula ng isang bagong panahon sa medisina.

Sa tulong ng isang magnetic resonance tomograph, naging posible na pag-aralan ang mga tisyu at cavity ng katawan ng tao dahil sa antas ng saturation ng tissue na may hydrogen. Kadalasang ginagamit ang magnetic resonance imaging contrast agent. Kadalasan, ito ay mga paghahanda ng gadolinium, na maaaring baguhin ang tugon ng mga proton.
Ang terminong "nuclear MRI" ay umiral hanggang 1986.

Kaugnay ng radiophobia sa populasyon na may kaugnayan sa sakuna sa Chernobyl nuclear power plant, napagpasyahan na tanggalin ang salitang "nuclear" mula sa pangalan ng bagong diagnostic na pamamaraan. Gayunpaman, pinahintulutan nito ang magnetic resonance imaging na mabilis na pumasok sa pagsasanay ng pag-diagnose ng maraming sakit. Ngayon, ang paraang ito ay ang susi sa pagtukoy ng marami pang kamakailang mahirap-diagnose na mga sakit.

Paano isinasagawa ang diagnosis?

Ang isang MRI ay gumagamit ng napakalakas na magnetic field. At kahit na hindi ito mapanganib para sa mga tao, gayunpaman, ang doktor at ang pasyente ay kailangang sumunod sa ilang mga patakaran.

Una sa lahat, bago ang diagnostic procedure, pinunan ng pasyente ang isang espesyal na palatanungan. Sa loob nito, ipinapahiwatig niya ang estado ng kalusugan, pati na rin ang mga pahayag tungkol sa kanyang sarili. Ang pagsusuri ay ginagawa sa isang espesyal na inihandang silid na may cabin para sa pagpapalit ng mga damit at personal na gamit.

Upang hindi makapinsala sa kanyang sarili, at upang matiyak din ang kawastuhan ng mga resulta, dapat alisin ng pasyente ang lahat ng bagay na naglalaman ng metal, iwanan ang mga mobile phone, credit card, relo, atbp. sa locker para sa mga personal na gamit. Ito ay kanais-nais para sa mga kababaihan na hugasan ang mga pampalamuti na pampaganda mula sa balat.
Susunod, ang pasyente ay inilalagay sa loob ng tomograph tube. Sa direksyon ng doktor, tinutukoy ang lugar ng pagsusuri. Ang bawat zone ay sinusuri sa loob ng sampu hanggang dalawampung minuto. Sa panahong ito, ang pasyente ay dapat manatiling tahimik. Ang kalidad ng mga larawan ay nakasalalay dito. Maaaring ayusin ng doktor ang posisyon ng pasyente, kung kinakailangan.

Sa panahon ng pagpapatakbo ng device, maririnig ang magkakatulad na tunog. Ito ay normal at nagpapahiwatig na ang pag-aaral ay nagpapatuloy nang tama. Upang makakuha ng mas tumpak na mga resulta, ang isang contrast agent ay maaaring ibigay sa intravenously sa pasyente. Sa ilang mga kaso, sa pagpapakilala ng naturang sangkap, ang isang pag-akyat ng init ay nararamdaman. Ito ay ganap na normal.

Humigit-kumulang kalahating oras pagkatapos ng pag-aaral, maaaring matanggap ng doktor ang protocol ng pag-aaral (konklusyon). Ang isang disk na may mga resulta ay inilabas din.

Mga Benepisyo ng Nuclear MRI

Ang mga benepisyo ng naturang survey ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

1. Ang kakayahang makakuha ng mataas na kalidad na mga larawan ng mga tisyu ng katawan sa tatlong projection. Ito ay lubos na pinahuhusay ang visualization ng mga tisyu at organo. Sa kasong ito, ang MRI ay mas mahusay kaysa sa computed tomography, radiography at ultrasound diagnostics.
2. Ang mga de-kalidad na 3D na larawan ay nagbibigay ng tumpak na diagnosis, na nagpapahusay sa paggamot at nagpapataas ng posibilidad na gumaling.
3. Dahil posible na makakuha ng isang mataas na kalidad na imahe sa isang MRI, ang naturang pag-aaral ay ang pinakamahusay para sa pag-detect ng mga tumor, mga karamdaman ng central nervous system, at mga pathological na kondisyon ng musculoskeletal system. Kaya, nagiging posible na masuri ang mga sakit na hanggang kamakailan ay mahirap o imposibleng tuklasin.
4. Nagbibigay-daan sa iyo ang mga modernong device para sa tomography na makakuha ng mga de-kalidad na larawan nang hindi binabago ang posisyon ng pasyente. At para sa impormasyon sa pag-encode, ang parehong mga pamamaraan ay ginagamit tulad ng sa computed tomography. Pinapadali nito ang pagsusuri, dahil nakikita ng doktor ang mga three-dimensional na larawan ng buong organ. Gayundin, ang doktor ay maaaring makakuha ng mga larawan ng isang partikular na organ sa mga layer.
5. Ang gayong pagsusuri ay mahusay na tumutukoy sa pinakamaagang mga pagbabago sa pathological sa mga organo. Kaya, posibleng matukoy ang sakit sa isang yugto kung kailan hindi pa nakakaramdam ng mga sintomas ang pasyente.
6. Sa panahon ng naturang pag-aaral, ang pasyente ay hindi nalantad sa ionizing radiation. Ito ay makabuluhang nagpapalawak sa saklaw ng MRI.
7. Ang pamamaraan ng MRI ay ganap na walang sakit at hindi nagiging sanhi ng anumang kakulangan sa ginhawa sa pasyente.

Mga indikasyon para sa MRI

Mayroong maraming mga indikasyon para sa magnetic resonance imaging.

• Mga karamdaman sa sirkulasyon ng tserebral.
• Mga hinala ng isang neoplasma ng utak, pinsala sa mga lamad nito.
• Pagtatasa ng estado ng mga organo pagkatapos ng operasyon.
• Diagnosis ng mga nagpapaalab na phenomena.
• Mga kombulsyon, epilepsy.
• Traumatikong pinsala sa utak.
• Pagtatasa ng kalagayan ng mga sisidlan.
• Pagtatasa ng kondisyon ng mga buto at kasukasuan.
• Diagnosis ng malambot na mga tisyu ng katawan.
• Mga sakit sa gulugod (kabilang ang osteochondrosis, spondyloarthrosis).
• Pinsala sa gulugod.
• Pagtatasa ng estado ng spinal cord, kabilang ang hinala ng mga malignant na proseso.
• Osteoporosis.
• Pagtatasa ng estado ng peritoneal organs, pati na rin ang retroperitoneal space. Ang MRI ay ipinahiwatig para sa paninilaw ng balat, talamak na hepatitis, cholecystitis, cholelithiasis, pinsala sa atay na tulad ng tumor, pancreatitis, mga sakit sa tiyan, bituka, pali, bato.
• Diagnosis ng mga cyst.
• Diagnosis ng estado ng adrenal glands.
• Mga sakit ng pelvic organs.
• Mga urological pathologies.
• Mga sakit na ginekologiko.
• Mga sakit ng mga organo ng lukab ng dibdib.

Bilang karagdagan, ang magnetic resonance imaging ng buong katawan ay ipinahiwatig kung ang isang neoplasm ay pinaghihinalaang. Maaaring gamitin ang MRI upang maghanap ng mga metastases kung ang isang pangunahing tumor ay nasuri.

Hindi ito kumpletong listahan ng mga indikasyon para sa magnetic resonance imaging. Ligtas na sabihin na walang ganoong organismo at sakit na hindi matukoy gamit ang diagnostic na pamamaraang ito. Dahil ang mga posibilidad ng gamot ay lumalaki, ang mga doktor ay may halos walang limitasyong mga posibilidad para sa pag-diagnose at paggamot sa maraming mga mapanganib na sakit.

Kailan kontraindikado ang magnetic resonance imaging?

Mayroong isang bilang ng mga ganap at kamag-anak na contraindications para sa MRI. Ang mga ganap na contraindications ay kinabibilangan ng:

1. Ang pagkakaroon ng isang pacemaker. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang pagbabagu-bago sa magnetic field ay maaaring umangkop sa ritmo ng puso at sa gayon ay maaaring nakamamatay.
2. Ang pagkakaroon ng naka-install na ferromagnetic o electronic implants sa gitnang tainga.
3. Malaking metal implants.
4. Ang pagkakaroon ng mga ferromagnetic fragment sa katawan.
5. Availability ng Ilizarov apparatus.

Ang mga kamag-anak na contraindications (kapag ang pananaliksik ay posible sa ilalim ng ilang mga kundisyon) ay kinabibilangan ng:

Kapag nagsasagawa ng MRI na may kaibahan, ang mga kontraindikasyon ay anemia, talamak na decompensated renal failure, pagbubuntis, indibidwal na hindi pagpaparaan.

Konklusyon

Ang kahalagahan ng magnetic resonance imaging para sa diagnosis ay hindi maaaring overestimated. Ito ay isang perpekto, hindi nagsasalakay, walang sakit at hindi nakakapinsalang paraan ng pagtuklas ng maraming sakit. Sa pagpapakilala ng magnetic resonance imaging, ang paggamot sa mga pasyente ay bumuti din, gaya ng alam ng doktor. tumpak na diagnosis at mga tampok ng lahat ng mga proseso na nagaganap sa katawan ng pasyente.

Hindi kailangang matakot sa isang MRI. Ang pasyente ay hindi nakakaramdam ng anumang sakit sa panahon ng pamamaraan. Wala itong kinalaman sa nuclear o x-ray radiation. Imposible ring tanggihan ang gayong pamamaraan.

Nuclear magnetic resonance

VK. Mga uwak

Irkutsk State Technical University

PANIMULA

Hanggang kamakailan lamang, ang aming mga ideya tungkol sa istraktura ng mga atomo at molekula ay batay sa mga pag-aaral gamit ang mga optical spectroscopy na pamamaraan. Kaugnay ng pagpapabuti ng mga pamamaraan ng parang multo, na nagpasulong sa larangan ng mga pagsukat ng spectroscopic sa hanay ng ultrahigh (humigit-kumulang 10^ 3 - 10^ 6 MHz; microradio waves) at mataas na frequency (humigit-kumulang 10^ (-2) - 10^ 2 MHz; mga radio wave), mga bagong mapagkukunan ng impormasyon tungkol sa istruktura ng bagay. Sa panahon ng pagsipsip at paglabas ng radiation sa saklaw ng dalas na ito, ang parehong pangunahing proseso ay nangyayari tulad ng sa iba pang mga hanay ng electromagnetic spectrum, ibig sabihin, kapag lumilipat mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa, ang sistema ay sumisipsip o naglalabas ng isang dami ng enerhiya.

Ang pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng mga antas at enerhiya ng quanta na kalahok sa mga prosesong ito ay humigit-kumulang 10^(-7) eV para sa rehiyon ng frequency ng radyo at humigit-kumulang 10^(-4) eV para sa mga frequency ng microwave. Sa dalawang uri ng radio spectroscopy, ibig sabihin, nuclear magnetic resonance (NMR) at nuclear quadrupole resonance (NQR) spectroscopy, ang pagkakaiba sa mga antas ng enerhiya ay nauugnay sa iba't ibang oryentasyon, ayon sa pagkakabanggit, ng magnetic dipole moments ng nuclei sa isang inilapat na magnetic field. at electric quadrupole moments ng nuclei sa molecular electric fields, kung ang huli ay hindi spherically symmetrical.

Ang pagkakaroon ng nuclear moments ay unang natuklasan noong pinag-aaralan ang hyperfine structure ng electronic spectra ng ilang atoms gamit ang high-resolution optical spectrometers.

Sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na magnetic field, ang mga magnetic na sandali ng nuclei ay nakatuon sa isang tiyak na paraan, at nagiging posible na obserbahan ang mga paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya ng nukleyar na nauugnay sa iba't ibang mga oryentasyong ito: mga paglipat na nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng radiation ng isang tiyak. dalas. Ang quantization ng mga antas ng enerhiya ng nucleus ay isang direktang bunga ng quantum nature ng angular momentum ng nucleus na tumatanggap ng 2 ako+ 1 na halaga. Ang spin quantum number (spin) na maaari kong kunin sa anumang halaga na isang multiple ng 1/2; ang pinakamataas na kilalang halaga ako(> 7) nagtataglay ng Lu. Ang pinakamalaking nasusukat na halaga ng angular momentum (ang pinakamalaking halaga ng projection ng sandali sa napiling direksyon) ay katumbas ng i ћ , saan ћ = h /2 π , a h ay pare-pareho ni Planck.

Mga halaga ako imposibleng mahulaan para sa tiyak na nuclei, ngunit napagmasdan na ang mga isotopes kung saan ang parehong mass number at atomic number ay mayroon pa ring ako= 0, at ang mga isotopes na may kakaibang mga numero ng masa ay may mga half-integer na spin. Ang ganitong sitwasyon, kapag ang mga bilang ng mga proton at neutron sa nucleus ay pantay at pantay ( ako= 0) ay maaaring ituring bilang isang estado na may "kumpletong pagpapares", katulad ng kumpletong pagpapares ng mga electron sa isang diamagnetic na molekula.

Sa pagtatapos ng 1945, dalawang grupo ng mga Amerikanong pisiko sa pangunguna nina F. Bloch (Stanford University) at E.M. Purcell (Harvard University) ang unang nakatanggap ng nuclear magnetic resonance signal. Naobserbahan ni Bloch ang resonant absorption ng mga proton sa tubig, at matagumpay si Purcell sa pagtuklas ng nuclear resonance ng mga proton sa paraffin. Para sa pagtuklas na ito, iginawad sila ng Nobel Prize noong 1952.

Ang kakanyahan ng NMR phenomenon at ang mga natatanging tampok nito ay nakabalangkas sa ibaba.

HIGH RESOLUTION NMR SPECTROSCOPY

Ang kakanyahan ng hindi pangkaraniwang bagay ng NMR

Ang kakanyahan ng kababalaghan ng NMR ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod. Kung ang isang nucleus na may magnetic moment ay inilagay sa isang pare-parehong field H 0 , na nakadirekta sa z axis, kung gayon ang enerhiya nito (na may paggalang sa enerhiya sa kawalan ng isang field) ay katumbas ng μ z H 0, saan μ z, ay ang projection ng nuclear magnetic moment sa direksyon ng field.

Tulad ng nabanggit na, ang nucleus ay matatagpuan sa 2 ako+ 1 estado. Sa kawalan ng panlabas na larangan H 0 lahat ng mga estadong ito ay may parehong enerhiya. Kung tinutukoy natin ang pinakamalaking nasusukat na halaga ng bahagi ng magnetic moment sa pamamagitan ng μ , pagkatapos ang lahat ng masusukat na halaga ng bahagi ng magnetic moment (sa kasong ito μ z,) ay ipinahayag bilang m, saan m ay ang quantum number, na, gaya ng nalalaman, ay maaaring kunin ang mga halaga

m= ako, ako- 1,ako- 2...-(ako- 1),-ako.

Dahil ang distansya sa pagitan ng mga antas ng enerhiya na tumutugma sa bawat isa sa 2 ako+ 1 estado, katumbas m H 0 /ako, pagkatapos ay ang nucleus na may spin ako ay may mga discrete na antas ng enerhiya

- μ H0,-(I-1)μ z H 0 /Ako,..., (I-1)μ z H 0 /ako, μ H0.

Ang paghahati ng mga antas ng enerhiya sa isang magnetic field ay maaaring tawaging nuclear Zeeman splitting, dahil ito ay katulad ng paghahati ng mga elektronikong antas sa isang magnetic field (ang Zeeman effect). Ang paghahati ni Zeeman ay inilalarawan sa fig. 1 para sa system na may ako= 1 (na may tatlong antas ng enerhiya).

kanin. 1. Paghati ni Zeeman ng mga antas ng nuclear energy sa isang magnetic field.

Ang NMR phenomenon ay binubuo sa resonant absorption ng electromagnetic energy dahil sa magnetism ng nuclei. Ito ay nagpapahiwatig ng halatang pangalan ng hindi pangkaraniwang bagay: nuclear - pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang sistema ng nuclei, magnetic - ang ibig nating sabihin ay ang kanilang mga magnetic properties, resonance - ang phenomenon mismo ay resonant sa kalikasan. Sa katunayan, sumusunod ito mula sa mga panuntunan sa dalas ng Bohr na ang frequency ν ng electromagnetic field na nagdudulot ng mga paglipat sa pagitan ng mga katabing antas ay tinutukoy ng formula

, (1)

Dahil ang mga vectors ng momentum (angular momentum) at magnetic momentum ay parallel, madalas na maginhawa upang makilala ang mga magnetic na katangian ng nuclei sa pamamagitan ng halaga γ, na tinutukoy ng kaugnayan.

, (2)

saan Ang γ ay ang gyromagnetic ratio na may sukat na radian * oersted^(- 1) * second^(- 1) (rad * E^(- 1) * s*(- 1) ) o radian/(oersted * second) (rad / (E * s)). Sa pag-iisip na ito, nahanap namin

, (3)

Kaya, ang dalas ay proporsyonal sa inilapat na larangan.

Kung, bilang isang karaniwang halimbawa, kinukuha natin ang halaga ng γ para sa isang proton, katumbas ng 2.6753 * 10: 4 rad / (E * s), at H 0 \u003d 10,000 Oe, pagkatapos ay ang resonant frequency

Ang ganitong dalas ay maaaring mabuo ng mga tradisyonal na pamamaraan ng radyo.

Ang NMR spectroscopy ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang bilang ng mga tampok na nakikilala ito mula sa iba pang mga analytical na pamamaraan. Humigit-kumulang kalahati (~150) ng nuclei ng mga kilalang isotopes ang may mga magnetic moment, ngunit minorya lamang sa mga ito ang sistematikong ginagamit.

Bago ang pagdating ng mga spectrometer na tumatakbo sa isang pulsed mode, karamihan sa mga pag-aaral ay isinasagawa gamit ang NMR phenomenon sa hydrogen nuclei (protons) 1 H (proton magnetic resonance - PMR) at fluorine 19 F. Ang mga nuclei na ito ay may mga katangiang mainam para sa NMR spectroscopy:

Ang mataas na likas na kasaganaan ng "magnetic" isotope ( 1H 99.98%, 19 F 100%); para sa paghahambing, maaari itong banggitin na ang likas na kasaganaan ng "magnetic" isotope ng carbon 13 C ay 1.1%;

Malaking magnetic moment;

Iikot ako = 1/2.

Pangunahing responsable ito para sa mataas na sensitivity ng pamamaraan sa pag-detect ng mga signal mula sa itaas na nuclei. Bilang karagdagan, mayroong isang theoretically rigorously substantiated rule ayon sa kung saan ang nuclei lamang na may spin na katumbas o mas malaki sa unity ang may electric quadrupole moment. Samakatuwid, ang mga eksperimento sa NMR 1H at 19 Ang F ay hindi kumplikado sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng nuclear quadrupole moment ng nucleus sa electric environment. Ang isang malaking bilang ng mga gawa ay nakatuon sa resonance sa iba pa (bukod sa 1H at 19 F) mga butil tulad ng 13 C, 31 P, 11 B, 17 O sa likidong bahagi (katulad ng sa nuclei 1 1H at 19F).

Ang pagpapakilala ng pulsed NMR spectrometers sa pang-araw-araw na pagsasanay ay makabuluhang pinalawak ang mga posibilidad na pang-eksperimento ng ganitong uri ng spectroscopy. Sa partikular, ang pag-record ng NMR spectra 13 Ang mga solusyon sa C - ang pinakamahalagang isotope para sa kimika - ay isa na ngayong pamilyar na pamamaraan. Ang pagtuklas ng mga signal mula sa nuclei, ang intensity ng mga signal ng NMR na kung saan ay maraming beses na mas mababa kaysa sa intensity ng mga signal mula sa 1 H, kasama sa solid phase.

Ang high-resolution na NMR spectra ay karaniwang binubuo ng makitid, mahusay na nalutas na mga linya (mga signal) na tumutugma sa magnetic nuclei sa iba't ibang kemikal na kapaligiran. Ang mga intensity (lugar) ng mga signal sa panahon ng pag-record ng spectra ay proporsyonal sa bilang ng magnetic nuclei sa bawat pangkat, na ginagawang posible na magsagawa ng isang quantitative analysis gamit ang NMR spectra nang walang paunang pagkakalibrate.

Ang isa pang tampok ng NMR ay ang impluwensya ng mga proseso ng palitan, kung saan lumahok ang resonating nuclei, sa posisyon at lapad ng mga resonant na signal. Kaya, ang NMR spectra ay maaaring magamit upang pag-aralan ang likas na katangian ng mga naturang proseso. Ang mga linya ng NMR sa liquid spectra ay karaniwang may lapad na 0.1 - 1 Hz (high-resolution na NMR), habang ang parehong nuclei na sinusuri sa solid phase ay magdudulot ng paglitaw ng mga linyang may lapad ng pagkakasunud-sunod na 1 * 10^ 4 Hz ( kaya ang konsepto ng malawak na linya ng NMR).

Sa high-resolution na NMR spectroscopy, mayroong dalawang pangunahing mapagkukunan ng impormasyon tungkol sa istraktura at dinamika ng mga molekula:

Paglipat ng kemikal;

Mga pare-parehong interaksyon ng spin-spin.

pagbabago ng kemikal

Sa ilalim ng tunay na mga kondisyon, ang resonating nuclei na ang mga signal ng NMR ay nakita ay isang constituent ng mga atomo o molekula. Kapag ang mga sangkap ng pagsubok ay inilagay sa isang magnetic field ( H 0 ) mayroong isang diamagnetic na sandali ng mga atomo (mga molekula), dahil sa orbital na paggalaw ng mga electron. Ang paggalaw na ito ng mga electron ay bumubuo ng mga mabisang alon at, samakatuwid, ay lumilikha ng pangalawang magnetic field na proporsyonal, alinsunod sa batas ni Lenz, sa field. H 0 at kabaligtaran ng direksyon. Ang pangalawang field na ito ay kumikilos sa nucleus. Kaya, ang lokal na larangan sa lugar kung saan matatagpuan ang resonating nucleus,

, (4)

saan Ang σ ay isang walang sukat na pare-pareho, na tinatawag na screening constant at independiyente ng H 0 , ngunit malakas na umaasa sa kemikal (electronic) na kapaligiran; nailalarawan nito ang pagbaba Hlok kumpara sa H 0 .

Halaga Ang σ ay nag-iiba mula sa isang halaga ng pagkakasunud-sunod ng 10^(- 5) para sa isang proton hanggang sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod ng 10^(- 2) para sa mabigat na nuclei. Isinasaalang-alang ang expression para sa Hlok meron kami

, (5)

Epekto ng screening ay upang bawasan ang distansya sa pagitan ng mga antas ng nuclear magnetic energy o, sa madaling salita, humahantong sa convergence ng mga antas ng Zeeman (Larawan 2). Sa kasong ito, ang dami ng enerhiya na nagdudulot ng mga paglipat sa pagitan ng mga antas ay nagiging mas maliit at, dahil dito, ang resonance ay nangyayari sa mas mababang mga frequency (tingnan ang expression (5)). Kung magsasagawa tayo ng eksperimento sa pamamagitan ng pagpapalit ng field H 0 hanggang sa mangyari ang resonance, kung gayon ang lakas ng inilapat na patlang ay dapat magkaroon ng isang malaking halaga kumpara sa kaso kapag ang core ay hindi shielded.

kanin. Fig. 2. Epekto ng electron screening sa mga antas ng Zeeman ng nucleus: (a) hindi na-screen, (b) na-screen.

Sa karamihan ng mga spectrometer ng NMR, ang spectra ay naitala kapag ang field ay nagbabago mula kaliwa pakanan, kaya ang mga signal (mga taluktok) ng pinaka may kalasag na nuclei ay dapat nasa kanang bahagi ng spectrum.

Ang paglilipat ng signal depende sa kemikal na kapaligiran, dahil sa pagkakaiba sa mga constant ng screening, ay tinatawag na chemical shift.

Sa unang pagkakataon, ang mga mensahe tungkol sa pagtuklas ng isang pagbabago sa kemikal ay lumitaw sa ilang mga publikasyon noong 1950-1951. Kabilang sa mga ito, kinakailangang isa-isa ang gawain ni Arnold et al. (1951), na nakakuha ng unang spectrum na may magkahiwalay na linya na tumutugma sa mga kemikal na magkakaibang posisyon ng magkaparehong nuclei. 1 H sa isang molekula. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa ethyl alcohol CH 3 CH 2 OH, karaniwang spectrum ng NMR 1 H kung saan sa mababang resolution ay ipinapakita sa fig. 3.

kanin. 3. Mababang-resolution na proton resonance spectrum ng likidong ethyl alcohol.

Mayroong tatlong uri ng mga proton sa molekulang ito: tatlong proton ng methyl group na CH 3 –, dalawang proton ng methylene group –CH 2 – at isang proton ng hydroxyl group –OH. Makikita na ang tatlong magkahiwalay na signal ay tumutugma sa tatlong uri ng mga proton. Dahil ang intensity ng mga signal ay nasa ratio na 3: 2: 1, ang pag-decode ng spectrum (pagtatalaga ng mga signal) ay hindi mahirap.

Dahil ang mga pagbabago sa kemikal ay hindi masusukat sa isang ganap na sukat, iyon ay, nauugnay sa isang nucleus na wala sa lahat ng mga electron nito, ang signal ng isang reference compound ay ginagamit bilang isang conditional zero. Karaniwan, ang mga chemical shift value para sa anumang nuclei ay ibinibigay bilang walang sukat na parameter 8 na tinukoy bilang mga sumusunod:

, (6)

saan H- sumbrero ay ang pagkakaiba sa mga pagbabago sa kemikal para sa sample ng pagsubok at ang pamantayan, sumbrero ay ang ganap na posisyon ng reference signal sa inilapat na field H 0 .

Sa ilalim ng mga tunay na pang-eksperimentong kundisyon, posibleng sukatin ang dalas nang mas tumpak kaysa sa field, kaya ang δ ay karaniwang matatagpuan mula sa expression

, (7)

saan ν - ν sahig ay ang pagkakaiba sa pagitan ng mga pagbabagong kemikal para sa sample at ang pamantayan, na ipinahayag sa mga yunit ng dalas (Hz); Ang NMR spectra ay karaniwang naka-calibrate sa mga yunit na ito.

Mahigpit na nagsasalita, dapat gamitin ng isa ν 0 ay ang operating frequency ng spectrometer (ito ay karaniwang naayos), at ang dalas ν sahig, iyon ay, ang ganap na dalas kung saan ang resonant signal ng reference ay sinusunod. Gayunpaman, ang error na ipinakilala ng naturang kapalit ay napakaliit, dahil ν 0 at ν sahig halos pantay (ang pagkakaiba ay 10 ^ (-5), iyon ay, ayon sa halaga σ para sa isang proton). Dahil ang iba't ibang NMR spectrometer ay gumagana sa iba't ibang mga frequency ν 0 (at, dahil dito, para sa iba't ibang larangan H 0 ), ito ay malinaw na ang expression δ sa mga unit na walang sukat.

Ang unit ng chemical shift ay isang milyon ng field strength o resonant frequency (ppm). Sa banyagang panitikan, ang pagbawas na ito ay tumutugma sa ppm (parts per million). Para sa karamihan ng mga nuclei na bumubuo ng mga diamagnetic compound, ang hanay ng mga kemikal na pagbabago ng kanilang mga signal ay daan-daan at libu-libong ppm, na umaabot sa 20,000 ppm. sa kaso ng NMR 59 Co (kobalt). Sa spectra 1 Ang mga signal ng H proton ng karamihan sa mga compound ay nasa hanay na 0 – 10 ppm.

Pakikipag-ugnayan ng spin-spin

Noong 1951-1953, nang itala ang NMR spectra ng isang bilang ng mga likido, napag-alaman na mayroong higit pang mga linya sa spectra ng ilang mga sangkap kaysa sa mga sumusunod mula sa isang simpleng pagtatantya ng bilang ng walang katumbas na nuclei. Ang isa sa mga unang halimbawa ay ang resonance sa fluorine sa molekula ng POCl 2 F. Spectrum 19 Ang F ay binubuo ng dalawang linya ng pantay na intensity, bagama't mayroon lamang isang fluorine atom sa molekula (Larawan 4). Ang mga molekula ng iba pang mga compound ay nagbigay ng simetriko multiplet signal (triplets, quartets, atbp.).

Ang isa pang mahalagang kadahilanan na natagpuan sa naturang spectra ay ang distansya sa pagitan ng mga linya, na sinusukat sa sukat ng dalas, ay hindi nakasalalay sa inilapat na larangan. H 0 , sa halip na maging proporsyonal dito, tulad ng nararapat kung ang multiplicity ay nagmumula sa isang pagkakaiba sa mga constant ng screening.

kanin. 4. Doublet sa resonance spectrum sa fluorine nuclei sa POCl molecule 2F

Sina Ramsey at Purcell noong 1952 ang unang nagpaliwanag sa pakikipag-ugnayang ito sa pamamagitan ng pagpapakita na ito ay dahil sa isang hindi direktang mekanismo ng pagkabit sa pamamagitan ng elektronikong kapaligiran. Ang nuclear spin ay may posibilidad na i-orient ang mga spin ng mga electron na nakapalibot sa ibinigay na nucleus. Ang mga iyon naman, ay nag-orient sa mga spin ng iba pang mga electron at sa pamamagitan ng mga ito - ang mga spins ng ibang nuclei. Ang enerhiya ng interaksyon ng spin-spin ay karaniwang ipinahayag sa hertz (iyon ay, ang Planck constant ay kinuha bilang isang yunit ng enerhiya, batay sa katotohanan na E=h ν ). Malinaw na walang pangangailangan (hindi katulad ng pagbabago ng kemikal) na ipahayag ito sa mga kamag-anak na yunit, dahil ang tinalakay na pakikipag-ugnayan, tulad ng nabanggit sa itaas, ay hindi nakasalalay sa lakas ng panlabas na larangan. Ang magnitude ng pakikipag-ugnayan ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng distansya sa pagitan ng mga bahagi ng kaukulang multiplet.

Ang pinakasimpleng halimbawa ng paghahati dahil sa spin-spin coupling na maaaring makaharap ay ang resonance spectrum ng isang molekula na naglalaman ng dalawang uri ng magnetic nuclei A at X. Ang nuclei A at X ay maaaring magkaibang nuclei o nuclei ng parehong isotope (para sa halimbawa, 1 H) kapag ang kemikal ay nagbabago sa pagitan ng kanilang mga resonant signal ay malaki.

kanin. 5. View ng NMR spectrum ng isang system na binubuo ng magnetic nuclei A at X na may spin Ako = 1/2 kapag natugunan ang kondisyon δ AX > J AX .

Sa fig. Ipinapakita ng 5 kung ano ang hitsura ng spectrum ng NMR kung ang parehong nuclei, i.e. A at X, ay may spin 1/2. Ang distansya sa pagitan ng mga bahagi sa bawat doublet ay tinatawag na spin-spin coupling constant at karaniwang tinutukoy bilang J (Hz); sa kasong ito ito ay ang pare-parehong J AH.

Ang paglitaw ng mga doublets ay dahil sa katotohanan na ang bawat nucleus ay naghahati sa mga linya ng resonance ng kalapit na nucleus sa 2I+1 sangkap. Ang mga pagkakaiba sa enerhiya sa pagitan ng iba't ibang mga estado ng pag-ikot ay napakaliit na sa thermal equilibrium ang mga probabilidad ng mga estado na ito, alinsunod sa pamamahagi ng Boltzmann, ay naging halos pantay. Dahil dito, ang mga intensity ng lahat ng mga linya ng multiplet na nagreresulta mula sa pakikipag-ugnayan sa isang nucleus ay magiging pantay. Sa kaso kung saan mayroon n katumbas na nuclei (iyon ay, pantay na may kalasag, kaya ang kanilang mga signal ay may parehong pagbabago sa kemikal), ang resonant signal ng kalapit na nucleus ay nahahati sa 2nI + 1 mga linya.

KONGKLUSYON

Sa lalong madaling panahon pagkatapos ng pagtuklas ng kababalaghan ng NMR sa condensed matter, naging malinaw na ang NMR ay magiging batayan ng isang makapangyarihang paraan para sa pag-aaral ng istraktura ng bagay at mga katangian nito. Sa katunayan, kapag nag-aaral ng NMR spectra, ginagamit namin bilang isang resonant system ng nuclei na sobrang sensitibo sa magnetic na kapaligiran. Ang mga lokal na magnetic field na malapit sa resonating nucleus ay nakasalalay sa intra- at intermolecular effect, na tumutukoy sa halaga ng ganitong uri ng spectroscopy para sa pag-aaral ng istraktura at pag-uugali ng maraming-electron (molecular) system.

Sa kasalukuyan, mahirap ituro ang isang larangan ng natural na agham kung saan hindi ginagamit ang NMR sa ilang lawak. Ang mga pamamaraan ng spectroscopy ng NMR ay malawakang ginagamit sa kimika, molecular physics, biology, agronomy, gamot, sa pag-aaral ng mga natural formations (mica, amber, semi-precious stones, combustible mineral at iba pang mineral na hilaw na materyales), iyon ay, sa mga lugar na pang-agham. kung saan pinag-aaralan ang istruktura ng bagay, ang istraktura ng molekular nito, ang likas na katangian ng mga bono ng kemikal, intermolecular na interaksyon at iba't ibang anyo ng panloob na paggalaw.

Ang mga pamamaraan ng NMR ay lalong ginagamit upang pag-aralan ang mga teknolohikal na proseso sa mga laboratoryo ng pabrika, gayundin upang kontrolin at kontrolin ang takbo ng mga prosesong ito sa iba't ibang teknolohiyang komunikasyon nang direkta sa produksyon. Ipinakita ng pananaliksik sa nakalipas na limampung taon na ang mga pamamaraan ng magnetic resonance ay maaaring makakita ng mga kaguluhan sa kurso ng mga biological na proseso sa pinakamaagang yugto. Ang mga pag-install para sa pag-aaral ng buong katawan ng tao sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng magnetic resonance (mga pamamaraan ng NMR tomography) ay binuo at ginagawa.

Tulad ng para sa mga bansang CIS, at higit sa lahat Russia, ang mga pamamaraan ng magnetic resonance (lalo na ang NMR) ay nakakuha na ngayon ng matatag na lugar sa mga laboratoryo ng pananaliksik ng mga estadong ito. Sa iba't ibang mga lungsod (Moscow, Novosibirsk, Kazan, Tallinn, St. Petersburg, Irkutsk, Rostov-on-Don, atbp.), Ang mga siyentipikong paaralan ay bumangon sa paggamit ng mga pamamaraang ito na may sariling mga orihinal na problema at diskarte sa kanilang solusyon.

1. Popl J., Schneider W., Bernstein G. High resolution nuclear magnetic resonance spectra. M.: IL, 1962. 292 p.

2. Kerrington A., McLechlan E. Magnetic resonance at aplikasyon nito sa kimika. M.: Mir, 1970. 447 p.

3. Bovi F.A. Mataas na resolution NMR ng macromolecules Moscow: Chemistry, 1977. 455 p.

4. Heberlen W., Mehring M. Mataas na resolusyon ng NMR sa mga solido. M.: Mir, 1980. 504 p.

5. Slikter Ch. Mga Batayan ng teorya ng magnetic resonance. M.: Mir, 1981. 448 p.

6. Ionin B.I., Ershov B.A., Koltsov A.I. NMR spectroscopy sa organic chemistry. L.: Chemistry, 1983. 269 p.

7. Voronov V.K. Mga paraan ng paramagnetic additives sa NMR spectroscopy. Novosibirsk: Nauka, 1989. 168 p.

8. Ernst R., Bodenhausen J., Vokaun A. NMR sa isa at dalawang dimensyon. M.: Mir, 1990. 709 p.

9. Deroum E. Mga modernong pamamaraan ng NMR para sa pananaliksik sa kemikal. M.: Mir, 1992. 401 p.

10. Voronov V.K., Sagdeev R.Z. Mga pangunahing kaalaman ng magnetic resonance. Irkutsk: Vost.-Sib. aklat. publishing house, 1995.352 p.

Ang parehong nuclei ng mga atomo sa iba't ibang mga kapaligiran sa isang molekula ay nagpapakita ng iba't ibang mga signal ng NMR. Ang pagkakaiba sa pagitan ng naturang signal ng NMR at ang signal ng isang karaniwang substance ay ginagawang posible upang matukoy ang tinatawag na chemical shift, na dahil sa kemikal na istraktura ng substance na pinag-aaralan. Sa mga pamamaraan ng NMR, maraming mga pagkakataon upang matukoy ang kemikal na istraktura ng mga sangkap, ang mga conformation ng mga molekula, ang mga epekto ng mutual na impluwensya, at intramolecular na pagbabago.

Physics NMR

Ang paghahati ng mga antas ng enerhiya ng nucleus sa Ako = 1/2 sa isang magnetic field

Ang phenomenon ng nuclear magnetic resonance ay batay sa magnetic properties ng atomic nuclei na binubuo ng mga nucleon na may half-integer spin 1/2, 3/2, 5/2 .... Nuclei na may even na mass at charge number (even-even nuclei). ) ay walang magnetic moment , habang para sa lahat ng iba pang nuclei ang magnetic moment ay nonzero.

Kaya, ang nuclei ay may angular na momentum na nauugnay sa magnetic moment sa pamamagitan ng kaugnayan

,

kung saan ang pare-pareho ng Planck, ay ang spin quantum number, ay ang gyromagnetic ratio.

Ang angular momentum at magnetic moment ng nucleus ay binibilang at ang eigenvalues ​​ng projection at ang angular at magnetic moments sa z-axis ng isang arbitraryong piniling coordinate system ay tinutukoy ng ugnayan.

at ,

kung saan ang magnetic quantum number ng eigenstate ng nucleus, ang mga halaga nito ay tinutukoy ng spin quantum number ng nucleus

ibig sabihin, ang kernel ay maaaring nasa estado.

Kaya, para sa isang proton (o isa pang nucleus na may Ako = 1/2- 13 C, 19 F, 31 P, atbp.) ay maaari lamang sa dalawang estado

,

ang naturang core ay maaaring katawanin bilang magnetic dipole, ang z-component na maaaring i-orient parallel o antiparallel sa positibong direksyon ng z-axis ng isang arbitrary coordinate system.

Dapat pansinin na sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field, ang lahat ng mga estado na may iba't ibang mga estado ay may parehong enerhiya, iyon ay, sila ay bumagsak. Ang pagkabulok ay tinanggal sa isang panlabas na magnetic field, habang ang paghahati na may paggalang sa degenerate na estado ay proporsyonal sa panlabas na magnetic field at ang magnetic moment ng estado at para sa isang nucleus na may spin quantum number. ako sa isang panlabas na magnetic field, isang sistema ng 2I+1 mga antas ng enerhiya, iyon ay, ang nuclear magnetic resonance ay may parehong likas na katangian ng epekto ng Zeeman ng paghahati ng mga elektronikong antas sa isang magnetic field.

Sa pinakasimpleng kaso, para sa isang nucleus na may spin c Ako = 1/2- halimbawa, para sa isang proton, paghahati

at pagkakaiba ng enerhiya ng mga estado ng pag-ikot

Larmor frequency ng ilang atomic nuclei

Ang dalas ng proton resonance ay nasa maikling wave range (wavelength na humigit-kumulang 7 m).

Paglalapat ng NMR

Spectroscopy

Pangunahing artikulo: NMR spectroscopy

Mga device

Ang puso ng NMR spectrometer ay isang malakas na magnet. Sa isang eksperimento na unang isinagawa ni Purcell, isang sample na inilagay sa isang glass ampoule na halos 5 mm ang lapad ay inilalagay sa pagitan ng mga pole ng isang malakas na electromagnet. Pagkatapos ang ampoule ay nagsisimulang umikot, at ang magnetic field na kumikilos dito ay unti-unting tumaas. Ang isang de-kalidad na RF generator ay ginagamit bilang pinagmumulan ng radiation. Sa ilalim ng pagkilos ng isang pagtaas ng magnetic field, ang nuclei kung saan nakatutok ang spectrometer ay nagsisimulang tumunog. Sa kasong ito, ang mga shielded core ay tumutunog sa isang frequency na bahagyang mas mababa kaysa sa nominal resonance frequency (at ang device).

Ang pagsipsip ng enerhiya ay naitala ng isang RF bridge at pagkatapos ay naitala ng isang chart recorder. Ang dalas ay nadagdagan hanggang sa umabot sa isang tiyak na limitasyon, sa itaas kung saan ang resonance ay imposible.

Dahil ang mga agos na nagmumula sa tulay ay napakaliit, hindi sila limitado sa pagkuha ng isang spectrum, ngunit gumawa ng ilang dosenang mga pass. Ang lahat ng natanggap na signal ay ibinubuod sa huling graph, ang kalidad nito ay depende sa signal-to-noise ratio ng instrumento.

Sa pamamaraang ito, ang sample ay nakalantad sa radiation ng dalas ng radyo sa isang pare-pareho ang dalas habang nagbabago ang lakas ng magnetic field, kaya tinatawag din itong paraan ng constant field (CW).

Ang tradisyunal na paraan ng NMR spectroscopy ay may maraming disadvantages. Una, nangangailangan ng maraming oras upang mabuo ang bawat spectrum. Pangalawa, ito ay masyadong mapili tungkol sa kawalan ng panlabas na panghihimasok, at bilang isang panuntunan, ang nagresultang spectra ay may makabuluhang ingay. Pangatlo, hindi ito angkop para sa paglikha ng mga high-frequency spectrometer (300, 400, 500 at higit pa MHz). Samakatuwid, sa modernong mga instrumento ng NMR, ang paraan ng tinatawag na pulsed spectroscopy (PW) ay ginagamit, batay sa Fourier transform ng natanggap na signal. Sa kasalukuyan, ang lahat ng NMR spectrometers ay itinayo batay sa makapangyarihang superconducting magnet na may pare-parehong magnetic field.

Sa kaibahan sa pamamaraan ng CW, sa pulsed na bersyon, ang paggulo ng nuclei ay isinasagawa hindi sa isang "pare-parehong alon", ngunit sa tulong ng isang maikling pulso, ilang microseconds ang haba. Ang mga amplitude ng mga bahagi ng dalas ng pulso ay bumababa sa pagtaas ng distansya mula sa ν 0 . Ngunit dahil ito ay kanais-nais na ang lahat ng nuclei ay irradiated pantay, ito ay kinakailangan upang gamitin ang "hard pulses", iyon ay, maikling pulses ng mataas na kapangyarihan. Ang tagal ng pulso ay pinili upang ang frequency bandwidth ay mas malaki kaysa sa lapad ng spectrum ng isa o dalawang order ng magnitude. Ang kapangyarihan ay umaabot sa ilang watts.

Bilang resulta ng pulsed spectroscopy, hindi isang ordinaryong spectrum na may nakikitang resonance peak ang nakuha, ngunit isang imahe ng damped resonant oscillations, kung saan ang lahat ng signal mula sa lahat ng resonating nuclei ay pinaghalo - ang tinatawag na "free induction decay" (FID, libreng induction decay). Upang ibahin ang anyo ng spectrum na ito, ginagamit ang mga pamamaraan ng matematika, ang tinatawag na Fourier transform, ayon sa kung saan ang anumang function ay maaaring katawanin bilang kabuuan ng isang hanay ng mga harmonic oscillations.

NMR spectra

Spectrum ng 1 H 4-ethoxybenzaldehyde. Sa mahinang field (singlet ~9.25 ppm) ang signal ng proton ng aldehyde group, sa strong field (triplet ~1.85-2 ppm) - ang proton ng methyl ethoxy group.

Para sa pagsusuri ng husay gamit ang NMR, ginagamit ang spectral analysis, batay sa mga kahanga-hangang katangian ng pamamaraang ito:

• ang mga signal ng nuclei ng mga atomo na kasama sa ilang mga functional na grupo ay nasa mahigpit na tinukoy na mga rehiyon ng spectrum;
• ang integral area na limitado ng peak ay mahigpit na proporsyonal sa bilang ng mga resonating atoms;
• nuclei na nakahiga sa pamamagitan ng 1-4 na mga bono ay may kakayahang gumawa ng mga multiplet signal bilang isang resulta ng tinatawag na. nahati sa isa't isa.

Ang posisyon ng signal sa NMR spectra ay nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang chemical shift na nauugnay sa reference signal. Bilang huli sa 1 H at 13 C NMR, ginagamit ang tetramethylsilane Si(CH 3) 4. Ang yunit ng chemical shift ay ang mga bahagi bawat milyon (ppm) ng dalas ng instrumento. Kung kukunin natin ang signal ng TMS bilang 0, at isaalang-alang ang paglilipat ng signal sa mahinang field bilang isang positibong pagbabago ng kemikal, pagkatapos ay makukuha natin ang tinatawag na δ scale. Kung ang resonance ng tetramethylsilane ay katumbas ng 10 ppm at baligtarin ang mga senyales, kung gayon ang magreresultang sukat ay ang sukat na τ, na halos hindi ginagamit sa kasalukuyan. Kung ang spectrum ng isang substance ay masyadong kumplikado upang bigyang-kahulugan, ang isa ay maaaring gumamit ng quantum chemical method para sa pagkalkula ng screening constants at iugnay ang mga signal batay sa mga ito.

NMR introscopy

Ang kababalaghan ng nuclear magnetic resonance ay maaaring gamitin hindi lamang sa pisika at kimika, kundi pati na rin sa medisina: ang katawan ng tao ay isang kumbinasyon ng lahat ng parehong mga organic at inorganic na molekula.

Upang obserbahan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang isang bagay ay inilalagay sa isang palaging magnetic field at nakalantad sa frequency ng radyo at gradient magnetic field. Sa inductor na nakapalibot sa bagay na pinag-aaralan, lumilitaw ang isang alternating electromotive force (EMF), ang spectrum ng amplitude-frequency kung saan at ang mga katangian ng time-transition ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa spatial density ng resonating atomic nuclei, pati na rin ang tungkol sa iba pang mga parameter na partikular lamang. para sa nuclear magnetic resonance. Ang pagpoproseso ng computer ng impormasyong ito ay bumubuo ng isang three-dimensional na imahe na nagpapakilala sa density ng chemically equivalent na nuclei, ang mga oras ng pagpapahinga ng nuclear magnetic resonance, ang pamamahagi ng mga rate ng daloy ng fluid, ang diffusion ng mga molekula, at ang mga biochemical na proseso ng metabolismo sa mga nabubuhay na tisyu.

Ang kakanyahan ng NMR introscopy (o magnetic resonance imaging) ay binubuo, sa katunayan, sa pagpapatupad ng isang espesyal na uri ng quantitative analysis ng amplitude ng nuclear magnetic resonance signal. Sa maginoo na spectroscopy ng NMR, ang layunin ay upang mapagtanto ang pinakamahusay na posibleng resolusyon ng mga linya ng parang multo. Upang gawin ito, ang mga magnetic system ay inaayos sa paraang lumikha ng pinakamahusay na posibleng pagkakapareho ng field sa loob ng sample. Sa mga pamamaraan ng NMR introscopy, sa kabaligtaran, ang magnetic field ay nilikha na malinaw na hindi homogenous. Pagkatapos ay may dahilan upang asahan na ang dalas ng nuclear magnetic resonance sa bawat punto ng sample ay may sariling halaga, naiiba sa mga halaga sa ibang mga bahagi. Sa pamamagitan ng pagtatakda ng ilang code para sa NMR signal amplitude gradations (liwanag o kulay sa screen ng monitor), makakakuha ka ng conditional na imahe (

MINISTRY OF HEALTH NG RUSSIAN FEDERATION

PANGKALAHATANG PHARMACOPEIAN AUTHORIZATION

Spectroscopy ng nuclear GPM.1.2.1.1.0007.15
magnetic resonance sa halip na GFXII, bahagi 1,
OFS 42-0046-07

Ang nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) ay isang pamamaraan batay sa pagsipsip ng radio frequency electromagnetic radiation ng nuclei ng isang sample na may nonzero magnetic moment na inilagay sa isang pare-parehong magnetic field ( B 0). Ang mga non-zero magnetic moment ay mayroong isotopes ng nuclei ng mga elemento na may kakaibang atomic mass (1 H, 13 C, 15 N, 19 F, 31 P, atbp.).

Pangkalahatang mga prinsipyo

Ang isang nucleus na umiikot sa paligid ng axis nito ay may sariling momentum (angular momentum, o spin) P. Ang magnetic moment ng nucleus μ ay direktang proporsyonal sa spin: μ = γ ∙ P(Ang γ ay ang proportionality factor o gyromagnetic ratio). Ang mga angular at magnetic na sandali ay binibilang, i.e. maaaring nasa isa sa 2 ako+ 1 spin states ( ako – spin quantum number). Ang iba't ibang estado ng magnetic moments ng nuclei ay may parehong enerhiya kung hindi sila apektado ng isang panlabas na magnetic field. Kapag ang nuclei ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field B 0, ang pagkabulok ng enerhiya ng nuclei ay tinanggal at ang posibilidad ng paglipat ng enerhiya mula sa isang antas patungo sa isa pa ay lumitaw. Ang proseso ng pamamahagi ng nuclei sa pagitan ng iba't ibang antas ng enerhiya ay nagpapatuloy alinsunod sa batas ng pamamahagi ng Boltzmann at humahantong sa paglitaw ng isang macroscopic equilibrium longitudinal magnetization M z . Ang tagal ng paggawa M z pagkatapos i-on ang panlabas na magnetic field AT 0 , ay tinatawag na oras pahaba o paikutin—sala-sala pagpapahinga (T isa). Ang paglabag sa equilibrium distribution ng nuclei ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng isang radio frequency magnetic field ( B 1), patayo B 0 , na nagiging sanhi ng mga karagdagang paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya, na sinamahan ng pagsipsip ng enerhiya (ang phenomenon nuclear magnetic resonance). Dalas ν 0 , kung saan nangyayari ang pagsipsip ng enerhiya ng nuclei ( Larmorova o malagong dalas ng pagsipsip), nag-iiba depende sa halaga ng pare-parehong field B 0: ν 0 = γ B 0 /2π. Sa sandali ng resonance, mayroong isang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga indibidwal na nuclear magnetic moment at field AT 1 , na naglalabas ng vector M z mula sa posisyon ng ekwilibriyo nito sa kahabaan ng axis z. Bilang isang resulta, may lilitaw transverse magnetization M xy. Ang pagbabago nito na nauugnay sa palitan sa loob ng sistema ng pag-ikot ay nailalarawan sa pamamagitan ng oras nakahalang o iikot-ikot pagpapahinga (T 2).

Ang pag-asa ng intensity ng pagsipsip ng enerhiya ng nuclei ng parehong uri sa dalas ng radio-frequency magnetic field sa isang nakapirming halaga AT 0 ang tinatawag isang-dimensional na spectrumnuclear magnetic resonance mga butil ng ganitong uri. Ang NMR spectrum ay maaaring makuha sa dalawang paraan: sa pamamagitan ng patuloy na pag-irradiate ng sample na may RF field na may iba't ibang frequency, bilang resulta kung saan ang NMR spectrum ay direktang naitala (continuous exposure spectroscopy), o sa pamamagitan ng paglalantad sa sample sa isang maikling RF pulse ( pulsed spectroscopy). Sa pulsed NMR spectroscopy, ang time-decayed coherent radiation na ibinubuga ng nuclei sa pagbalik sa paunang spin state ( libreng induction decay signal) na sinusundan ng pagbabago ng sukat ng oras sa dalas ( Fourier na pagbabago).

Sa mga molekula, binabawasan ng mga electron ng mga atomo ang magnitude ng kumikilos na panlabas na magnetic field B 0 sa lokasyon ng kernel, i.e. lilitaw diamagnetic shielding:

B loc = B 0 ∙ (1 – σ),

B Ang lok ay ang intensity ng resultang field;

σ ay ang screening constant.

Ang pagkakaiba sa mga resonant frequency ng mga signal ng nuclei, na katumbas ng pagkakaiba sa kanilang screening constants, ay tinatawag pagbabago ng kemikal signal, na ipinahiwatig ng simbolo δ , sinusukat sa parts per million (ppm). Pakikipag-ugnayan ng magnetic moments ng nuclei sa pamamagitan ng chemical bond electron ( interaksyon ng spin-spin) nagiging sanhi ng paghahati ng signal ng NMR ( multiplicity, m). Ang bilang ng mga bahagi sa multiplets ay tinutukoy ng nuclear spin at ang bilang ng nakikipag-ugnayan na nuclei. Ang sukatan ng interaksyon ng spin-spin ay spin-spin coupling constant (J, sinusukat sa hertz, Hz). Mga halaga δ, m at J huwag umasa sa magnitude ng pare-pareho ang magnetic field.

Ang intensity ng nuclear NMR signal sa spectrum ay tinutukoy ng populasyon ng mga antas ng enerhiya nito. Sa nuclei na may likas na kasaganaan ng isotopes, ang pinakamatinding signal ay ginawa ng hydrogen nuclei. Ang intensity ng mga signal ng NMR ay apektado din ng oras ng longitudinal-transverse relaxation (malaki T 1 ay humantong sa pagbaba sa intensity ng signal).

Ang lapad ng mga signal ng NMR (pagkakaiba sa pagitan ng mga frequency sa kalahating maximum ng signal) ay nakasalalay sa T 1 at T 2. maliliit na panahon T 1 at T 2 ay nagdudulot ng malawak at hindi magandang interpretasyon ng mga signal ng spectrum.

Ang sensitivity ng NMR method (maximum detectable concentration ng isang substance) ay depende sa intensity ng nuclear signal. Para sa 1 H nuclei, ang sensitivity ay 10 -9 ÷ 10 -11 mol.

Ang mga ugnayan ng iba't ibang mga spectral na parameter (halimbawa, mga pagbabago sa kemikal ng iba't ibang nuclei sa loob ng parehong sistema ng molekular) ay maaaring makuha ng mga homo- at heteronuclear na pamamaraan sa 2D o 3D na format.

aparato

Ang high resolution na NMR pulse spectrometer (NMR spectrometer) ay binubuo ng:

• magnet upang lumikha ng isang palaging magnetic field B 0 ;
• isang sensor na kinokontrol ng temperatura na may sample holder para sa paglalagay ng RF pulse at pag-detect ng radiation na ibinubuga ng sample;
• isang elektronikong aparato para sa paglikha ng pulso ng dalas ng radyo, pag-record, pagpapalakas at pag-convert ng libreng signal ng pagkabulok ng induction sa digital form;
• mga aparato para sa pag-tune at pagsasaayos ng mga electronic circuit;
• koleksyon ng data at pagproseso ng mga aparato (computer);

at maaaring kabilang din ang:

isang flow cell para sa NMR liquid chromatography o flow-injection analysis;

• sistema para sa paglikha ng isang pulsed magnetic field gradient.

Ang isang malakas na magnetic field ay nabuo ng isang superconductivity coil sa isang Dewar vessel na puno ng likidong helium.

Ang wastong paggana ng NMR spectrometer ay dapat suriin. Para sa pag-verify, ang mga naaangkop na pagsubok ay isinasagawa, kabilang ang, bilang panuntunan, ang pagsukat ng spectral linewidth sa kalahating taas ng ilang mga taluktok sa ilalim ng ilang mga kundisyon ( pahintulot), reproducibility ng posisyon ng signal at ratio ng signal-to-noise (ang ratio sa pagitan ng intensity ng isang partikular na signal sa spectrum ng NMR at mga random na pagbabago sa rehiyon ng spectrum na hindi naglalaman ng mga signal mula sa analyte, S/N) para sa mga karaniwang mixture. Ang software ng spectrometer ay naglalaman ng mga algorithm para sa pagtukoy S/N. Ang lahat ng mga tagagawa ng instrumento ay nagbibigay ng mga detalye at protocol ng pagsukat para sa mga parameter na ito.

NMR Spectroscopy ng Mga Sample sa Mga Solusyon

Pamamaraan

Ang sample ng pagsubok ay natunaw sa isang solvent kung saan ang isang naaangkop na chemical shift calibration standard ay maaaring idagdag gaya ng tinukoy sa regulatory document. Ang halaga ng relatibong chemical shift ng nucleus ng isang substance (δ in-in) ay tinutukoy ng sumusunod na expression:

δ in-in \u003d (ν in-in - ν standard) / ν ng device,

ν in-in - ang resonance frequency ng core ng substance, Hz;

Ang ν etalon ay ang resonance frequency ng etalon core, Hz;

Ang ν ng device ay ang operating frequency ng NMR spectrometer (ang dalas kung saan ang mga kondisyon ng resonance para sa hydrogen nuclei ay nasiyahan para sa isang naibigay na B 0, MHz).

Para sa mga solusyon sa mga organikong solvent, ang chemical shift sa 1H at 13C spectra ay sinusukat na may kaugnayan sa tetramethylsilane signal, ang posisyon kung saan ay kinuha bilang 0 ppm. Ang mga pagbabago sa kemikal ay binibilang sa direksyon ng mahinang field (sa kaliwa) mula sa signal ng tetramethylsilane (ang delta ay ang sukat ng mga pagbabagong kemikal). Para sa mga may tubig na solusyon, ang sodium 2,2-dimethyl-2-silanepentane-5-sulfonate ay ginagamit bilang reference sa 1 H NMR spectra, ang chemical shift ng mga proton ng methyl group na kung saan ay 0.015 ppm. Para sa spectra ng 13 C aqueous solution, ang dioxane ay ginagamit bilang isang sanggunian, ang chemical shift na kung saan ay 67.4 ppm.

Kapag nag-calibrate ng 19 F spectra, ginagamit ang trifluoroacetic acid o trichlorofluoromethane bilang pangunahing pamantayan na may zero chemical shift; spectra 31 P - 85% na solusyon ng phosphoric acid o trimethyl phosphate; spectra 15 N - nitromethane o saturated ammonia solution. Sa 1 H at 13 C NMR, bilang panuntunan, ginagamit ang isang panloob na pamantayan, na direktang idinagdag sa sample ng pagsubok. Ang 15 N, 19 F, at 31 P NMR ay kadalasang gumagamit ng panlabas na pamantayan, na hiwalay na hawak sa isang coaxial cylindrical tube o capillary.

Kapag inilalarawan ang spectra ng NMR, kinakailangang ipahiwatig ang solvent kung saan natunaw ang sangkap at ang konsentrasyon nito. Ang mga madaling mobile na likido ay ginagamit bilang mga solvent, kung saan ang mga hydrogen atoms ay pinapalitan ng mga deuterium atoms upang bawasan ang intensity ng mga solvent na signal. Ang deuterated solvent ay pinili batay sa mga sumusunod na pamantayan:

• 1) ang solubility ng test compound sa loob nito;
• 2) walang overlap sa pagitan ng mga signal ng mga natitirang proton ng deuterated solvent at ng mga signal ng test compound;
• 3) walang interaksyon sa pagitan ng solvent at ng test compound, maliban kung iba ang ipinahiwatig.

Ang mga solvent na atom ay nagbibigay ng mga signal na madaling matukoy sa pamamagitan ng kanilang chemical shift at maaaring magamit upang i-calibrate ang chemical shift axis (pangalawang pamantayan). Ang mga pagbabago sa kemikal ng mga natitirang signal ng proton ng mga deuterated solvent ay may mga sumusunod na halaga (ppm): chloroform, 7.26; bensina, 7.16; tubig - 4.7; methanol -3.35 at 4.78; dimethyl sulfoxide - 2.50; acetone - 2.05; ang posisyon ng signal ng tubig at ang mga proton ng hydroxyl group ng mga alkohol ay nakasalalay sa pH ng daluyan at temperatura.

Para sa quantitative analysis, ang mga solusyon ay dapat na walang hindi natutunaw na mga particle. Para sa ilang mga pagsusuri, maaaring kailanganin na magdagdag ng panloob na pamantayan upang ihambing ang mga intensidad ng pagsubok at sanggunian. Ang mga naaangkop na karaniwang sample at ang kanilang mga konsentrasyon ay dapat na tinukoy sa normatibong dokumentasyon. Matapos ilagay ang sample sa isang test tube at capping, ang sample ay ipinakilala sa magnet ng NMR spectrometer, ang mga parameter ng pagsubok ay nakatakda (mga setting, pagpaparehistro, digitization ng libreng signal ng pagkabulok ng induction). Ang mga pangunahing parameter ng pagsubok na ibinigay sa dokumentasyon ng regulasyon ay naitala o iniimbak sa isang computer.

Upang maiwasan ang pag-anod ng spectrum sa paglipas ng panahon, ang pamamaraan ng pag-stabilize (deuterium lock) ay isinasagawa gamit ang signal ng deuterium na dulot ng mga deuterated solvent, maliban kung iba ang ipinahiwatig. Ang instrumento ay inaayos upang makuha ang pinakamainam na kondisyon ng resonance at ang maximum na ratio S/N(kumikinang).

Sa panahon ng pagsubok, posible na magsagawa ng maramihang mga sequence ng mga cycle na "impulse - data acquisition - pause" na may kasunod na pagbubuo ng mga indibidwal na signal ng pagkabulok ng libreng induction at pag-average ng antas ng ingay. Ang oras ng pagkaantala sa pagitan ng mga pagkakasunud-sunod ng pulso kung saan ibinabalik ng sistema ng nuclear spins ang magnetization nito ( D 1), para sa dami ng mga sukat ay dapat lumampas sa longitudinal relaxation time T 1: D 1 ≥ 5 T isa. Ang software ng spectrometer ay naglalaman ng mga algorithm para sa pagtukoy T isa. Kung ang halaga T 1 ay hindi kilala, inirerekomenda na gamitin ang halaga D 1 = 25 seg.

Matapos isagawa ang Fourier transform, ang mga signal sa representasyon ng dalas ay na-calibrate sa napiling pamantayan at ang kanilang kamag-anak na intensity ay sinusukat sa pamamagitan ng pagsasama - pagsukat ng ratio ng mga lugar ng mga resonant signal. Sa 13 C spectra, tanging mga signal ng parehong uri ang isinama. Ang katumpakan ng pagsasama ng signal ay depende sa ratio hudyat – ingay (S/N):

saan u(ako) ay ang karaniwang kawalan ng katiyakan ng pagsasama.

Ang bilang ng mga libreng induction decay accumulations na kinakailangan upang makamit ang isang kasiya-siyang ratio S/ N, ay dapat ibigay sa dokumentasyon ng regulasyon.

Kasama ng one-dimensional para sa mga layuning analytical, ginagamit ang homo- at heteronuclear two-dimensional correlation spectra, batay sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod ng mga pulso (COSY, NOESY, ROESY, HSQC, HMBC, HETCOR, CIGAR, INADEQUATE, atbp.). Sa two-dimensional spectra, ang interaksyon sa pagitan ng nuclei ay nagpapakita ng sarili sa anyo ng mga signal na tinatawag na cross peaks. Ang posisyon ng mga cross peak ay tinutukoy ng mga halaga ng mga pagbabago sa kemikal ng dalawang nakikipag-ugnayan na nuclei. Ang dalawang-dimensional na spectra ay mas mainam na gamitin upang matukoy ang komposisyon ng mga kumplikadong mixtures at extracts, dahil ang posibilidad ng signal superposition (cross peaks) sa two-dimensional spectra ay makabuluhang mas mababa kaysa sa probabilidad ng signal superposition sa one-dimensional spectra.

Upang mabilis na makuha ang spectra ng heteronuclei (13 C, 15 N, atbp.), Ang mga pamamaraan (HSQC, HMBC) ay ginagamit na nagpapahintulot sa isa na makakuha ng spectra ng iba pang nuclei sa 1 H nuclei gamit ang mga mekanismo ng heteronuclear interaction.

Ang pamamaraan ng DOSY, batay sa pagtatala ng pagkawala ng phase coherence ng nuclear spins dahil sa mga translasyon na displacement ng mga molekula sa ilalim ng pagkilos ng magnetic field gradient, ay ginagawang posible na makakuha ng spectra ng mga indibidwal na compound (spectral separation) sa isang halo nang wala ang kanilang pisikal na paghihiwalay at upang matukoy ang mga sukat, antas ng pagsasama-sama, at molekular na timbang ng mga molecular na bagay (mga molekula , macromolecules, molekular complex, supramolecular system).

Mga lugar ng paggamit

Ang iba't ibang istruktura at analytical na impormasyon na nakapaloob sa nuclear magnetic resonance spectra ay ginagawang posible na gamitin ang nuclear magnetic resonance method para sa qualitative at quantitative analysis. Ang paggamit ng nuclear magnetic resonance spectroscopy sa quantitative analysis ay batay sa direktang proporsyonalidad ng molar concentration ng magnetically active nuclei sa integral intensity ng kaukulang signal ng pagsipsip sa spectrum.

1. Pagkilala sa aktibong sangkap. Ang pagkilala sa aktibong sangkap ay isinasagawa sa pamamagitan ng paghahambing ng spectrum ng sample ng pagsubok sa spectrum ng isang karaniwang sample o sa isang nai-publish na spectrum ng sanggunian. Ang spectra ng standard at test sample ay dapat makuha gamit ang parehong mga pamamaraan at kundisyon. Ang mga taluktok sa inihambing na spectra ay dapat na magkasabay sa posisyon (mga paglihis ng mga halaga δ pagsubok at karaniwang mga sample sa loob ng ± 0.1 ppm. para sa nuclear magnetic resonance 1 N at ± 0.5 ppm. para sa nuclear magnetic resonance 13 C), pinagsamang intensity at multiplicity, ang mga halaga na dapat ibigay kapag naglalarawan ng spectra. Sa kawalan ng karaniwang sample, maaaring gumamit ng pharmacopoeial standard sample, ang pagkakakilanlan nito ay kinumpirma ng independiyenteng interpretasyong istruktura ng spectral na data at mga alternatibong pamamaraan.

Kapag kinukumpirma ang pagiging tunay ng mga sample ng non-stoichiometric na komposisyon (halimbawa, mga natural na polimer ng variable na komposisyon), ang mga taluktok ng pagsubok at karaniwang mga sample ay pinapayagan na mag-iba sa posisyon at integral intensity ng mga signal. Ang spectra na ihahambing ay dapat na magkatulad, i.e. naglalaman ng parehong mga rehiyon ng katangian ng mga signal, na nagpapatunay sa pagkakaisa ng komposisyon ng fragment ng pagsubok at karaniwang mga sample.

Upang maitaguyod ang pagiging tunay ng isang pinaghalong sangkap (mga extract), ang isang-dimensional na spectra ng NMR ay maaaring gamitin bilang isang buo, bilang "mga fingerprint" ng isang bagay, nang hindi nagdedetalye ng mga halaga ng δ at ang multiplicity ng mga indibidwal na signal. Sa kaso ng paggamit ng dalawang-dimensional na spectroscopy ng NMR sa paglalarawan ng spectra (mga fragment ng spectrum) na inaangkin para sa pagiging tunay, ang mga halaga ng mga cross peak ay dapat ibigay.

1. Pagkilala sa mga dayuhang bagay/natirang organic solvents. Ang pagkilala sa mga dumi/natirang organic na solvents ay isinasagawa nang katulad ng pagkilala sa aktibong sangkap, na humihigpit sa mga kinakailangan para sa sensitivity at digital resolution.
2. Pagpapasiya ng nilalaman ng mga dayuhang dumi / natitirang mga organikong solvent na may kaugnayan sa aktibong sangkap. Ang paraan ng NMR ay isang direktang ganap na pamamaraan para sa pagtukoy ng molar ratio ng aktibong sangkap at ang impurity compound ( n/n karumihan):

saan S‘ at S‘ karumihan - na-normalize na mga halaga ng integral intensity ng mga signal ng aktibong sangkap at karumihan.

Ang normalisasyon ay isinasagawa ayon sa bilang ng mga nuclei sa fragment ng istruktura, na tumutukoy sa sinusukat na signal.

Mass fraction ng karumihan / natitirang organikong solvent na may kaugnayan sa aktibong sangkap ( X pr) ay tinutukoy ng formula:

M pr ay ang molekular na bigat ng karumihan;

M ay ang molekular na bigat ng aktibong sangkap;

S‘ pr ay ang normalized na halaga ng integral intensity ng impurity signal;

S'– normalized na halaga ng integral intensity ng signal ng aktibong sangkap.

1. Ang dami ng pagpapasiya ng nilalaman ng sangkap (aktibong sangkap, karumihan / natitirang solvent) sa sangkap ng parmasyutiko. Ganap na nilalaman ng bagay sa isang pharmaceutical substance, ito ay tinutukoy ng panloob na pamantayang pamamaraan, na pinili bilang isang sangkap na ang mga signal ay malapit sa mga signal ng analyte, nang hindi nagsasapawan sa kanila. Ang mga intensity ng signal ng analyte at ang pamantayan ay hindi dapat magkaiba nang malaki.

Ang porsyento ng analyte sa sample ng pagsubok sa mga tuntunin ng dry matter ( x,% mass) ay kinakalkula ng formula:

x,% masa = 100 ∙ ( S‘ /S‘ 0) ∙ (M ∙ a 0 /M 0 ∙ a) ∙ ,

S' ay ang normalized na halaga ng integral intensity ng signal ng analyte;

S Ang '0 ay ang normalized na halaga ng pinagsamang intensity ng signal ng pamantayan;

M ay ang molekular na bigat ng analyte;

M 0 – molekular na timbang;

a- pagtimbang ng sample ng pagsubok;

isang 0- bigat ng karaniwang sangkap;

W- mga nilalaman ng kahalumigmigan,%.

Ang mga sumusunod na compound ay maaaring gamitin bilang mga pamantayan: maleic acid (2H; 6.60 ppm, M= 116.07), benzyl benzoate (2H; 5.30 ppm, M= 212.25), malonic acid (2H; 3.30 ppm, M= 104.03), succinimide (4H; 2.77 ppm, M= 99.09), acetanilide (3H; 2.12 ppm, M = 135,16), tert-butanol (9H; 1.30 ppm, M = 74,12).

Kamag-anak na nilalaman ng sangkap dahil ang proporsyon ng isang bahagi sa isang halo ng mga bahagi ng isang pharmaceutical substance ay tinutukoy ng paraan ng panloob na normalisasyon. molar ( X mol) at masa ( X masa) bahagi ng bahagi i sa isang timpla n Ang mga sangkap ay tinutukoy ng mga formula:

1. Pagpapasiya ng molekular na bigat ng mga protina at polimer. Ang mga molekular na timbang ng mga protina at polimer ay tinutukoy sa pamamagitan ng paghahambing ng kanilang kadaliang kumilos sa mga sangguniang compound ng kilalang molekular na timbang gamit ang mga pamamaraan ng DOSY. Ang mga self-diffusion coefficient ay sinusukat ( D) ng pagsubok at karaniwang mga sample, bumuo ng isang graph ng dependence ng logarithms ng molecular weights ng standard compounds sa logarithms D. Mula sa graph na nakuha, ang hindi kilalang molekular na timbang ng mga sample ng pagsubok ay tinutukoy ng linear regression. Ang buong paglalarawan ng eksperimento ng DOSY ay dapat ibigay sa dokumentasyon ng regulasyon.

NMR spectroscopy ng solids

Ang mga sample sa solid state ay sinusuri gamit ang mga espesyal na gamit na NMR spectrometer. Ilang teknikal na operasyon (pag-ikot ng isang powdered sample sa isang rotor na nakahilig sa magic angle (54.7°) sa magnetic field axis AT 0 , force depairing, polarization transfer mula sa highly excitable nuclei sa less porizable nuclei - cross-polarization) ginagawang posible na makakuha ng high-resolution na spectra ng organic at inorganic compound. Ang isang buong paglalarawan ng pamamaraan ay dapat ibigay sa dokumentasyon ng regulasyon. Ang pangunahing lugar ng aplikasyon ng ganitong uri ng spectroscopy ng NMR ay ang pag-aaral ng polymorphism ng mga solidong gamot.

Nuclear magnetic resonance
nuclear magnetic resonance

Nuclear magnetic resonance (NMR) - resonant absorption ng electromagnetic waves sa pamamagitan ng atomic nuclei, na nangyayari kapag nagbabago ang oryentasyon ng mga vectors ng kanilang sariling mga sandali ng momentum (spins). Ang NMR ay nangyayari sa mga sample na inilagay sa isang malakas na constant magnetic field, habang sabay na inilalantad ang mga ito sa isang mahina na alternating electromagnetic field ng radio frequency range (ang mga linya ng puwersa ng alternating field ay dapat na patayo sa mga linya ng puwersa ng constant field). Para sa hydrogen nuclei (protons) sa isang palaging magnetic field na may lakas na 10 4 oersted, ang resonance ay nangyayari sa isang radio wave frequency na 42.58 MHz. Para sa iba pang mga nuclei sa magnetic field ng 103-104 oersted NMR ay sinusunod sa frequency range na 1-10 MHz. Ang NMR ay malawakang ginagamit sa pisika, kimika at biochemistry upang pag-aralan ang istruktura ng mga solido at kumplikadong molekula. Sa gamot, gamit ang NMR na may resolusyon na 0.5-1 mm, ang isang spatial na imahe ng mga panloob na organo ng isang tao ay nakuha.

Isaalang-alang natin ang kababalaghan ng NMR sa halimbawa ng pinakasimpleng nucleus - hydrogen. Ang hydrogen nucleus ay isang proton, na may tiyak na halaga ng sarili nitong mekanikal na sandali ng momentum (spin). Alinsunod sa quantum mechanics, ang proton spin vector ay maaari lamang magkaroon ng dalawang magkasalungat na direksyon sa kalawakan, na karaniwang tinutukoy ng mga salitang "pataas" at "pababa". Ang proton ay mayroon ding magnetic moment, ang direksyon ng vector na mahigpit na nakatali sa direksyon ng spin vector. Samakatuwid, ang vector ng magnetic moment ng proton ay maaaring idirekta alinman sa "pataas" o "pababa". Kaya, ang proton ay maaaring katawanin bilang isang microscopic magnet na may dalawang posibleng oryentasyon sa espasyo. Kung ilalagay mo ang isang proton sa isang panlabas na pare-parehong magnetic field, kung gayon ang enerhiya ng proton sa larangang ito ay depende sa kung saan nakadirekta ang magnetic moment nito. Ang enerhiya ng isang proton ay magiging mas malaki kung ang magnetic moment nito (at spin) ay nakadirekta sa direksyon na kabaligtaran sa field. Tukuyin natin ang enerhiyang ito bilang E ↓ . Kung ang magnetic moment (spin) ng proton ay nakadirekta sa parehong direksyon tulad ng field, kung gayon ang enerhiya ng proton, denoted E, ay magiging mas kaunti (E< E ↓). Пусть протон оказался именно в этом последнем состоянии. Если теперь протону добавить энергию Δ Е = E ↓ − E , то он сможет скачком перейти в состояние с большей энергией, в котором его спин будет направлен против поля. Добавить энергию протону можно, “облучая” его квантами электромагнитных волн с частотой ω, определяемой соотношением ΔЕ = ћω.
Lumipat tayo mula sa isang proton patungo sa isang macroscopic sample ng hydrogen na naglalaman ng malaking bilang ng mga proton. Magiging ganito ang sitwasyon. Sa sample, dahil sa pag-average ng mga random na oryentasyon ng mga spin, humigit-kumulang pantay na bilang ng mga proton, kapag inilapat ang isang pare-parehong panlabas na magnetic field, ay lilitaw na may kaugnayan sa field na ito na may mga spin na nakadirekta "pataas" at "pababa". Ang pag-iilaw ng isang sample na may mga electromagnetic wave na may dalas na ω = (E ↓ − E )/ћ ay magdudulot ng "napakalaking" spin flip (magnetic moments) ng mga proton, bilang resulta kung saan ang lahat ng mga proton ng sample ay magiging isang estado. na may mga spin na nakadirekta laban sa field. Ang ganitong napakalaking pagbabago sa oryentasyon ng mga proton ay sasamahan ng matalim (malagong) pagsipsip ng quanta (at enerhiya) ng nag-iilaw na electromagnetic field. Ito ay NMR. Ang NMR ay maaari lamang maobserbahan sa mga sample na may malaking bilang ng nuclei (10 16) gamit ang mga espesyal na diskarte at napakasensitibong mga instrumento.